Comment calculer la concentration en ion OH ?

Calculer la concentration en ions OH⁻ : Au-delà du pH

La détermination de la concentration en ions hydroxyde (OH⁻) dans une solution aqueuse est essentielle en chimie, notamment pour comprendre son caractère acide ou basique. Bien que le pH soit couramment utilisé pour caractériser l'acidité, il est crucial de comprendre comment il est relié à la concentration en OH⁻ et comment la calculer directement. Contrairement à ce que l'on pourrait croire, il ne suffit pas de connaître le pH pour déterminer [OH⁻] avec une simple soustraction à 14 (sauf dans des cas très spécifiques).

La clé : le produit ionique de l'eau (Ke)

La base de notre calcul repose sur la constante d'équilibre de l'autoprotolyse de l'eau, notée Ke (ou parfois Kw). Cette constante représente l'équilibre suivant :

2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

À 25°C, Ke = [H₃O⁺][OH⁻] = 10⁻¹⁴ mol²/L². On peut simplifier en considérant que [H₃O⁺] ≈ [H⁺], ce qui donne :

Ke = [H⁺][OH⁻] = 10⁻¹⁴ mol²/L²

Cette équation fondamentale nous permet de calculer la concentration en ions OH⁻ si l'on connaît la concentration en ions H⁺, ou vice versa.

Méthode de calcul : deux approches possibles

1. À partir de la concentration en ions H⁺:

   Si la concentration en ions hydrogène [H⁺] est connue, le calcul est direct :

   [OH⁻] = Ke / [H⁺] = 10⁻¹⁴ mol²/L² / [H⁺]

   Par exemple, si [H⁺] = 10⁻⁵ mol/L, alors [OH⁻] = 10⁻⁹ mol/L.

2. À partir du pH:

   Le pH est défini comme : pH = -log₁₀[H⁺]

   Donc, [H⁺] = 10⁻pH

   En substituant dans l'équation de Ke, on obtient :

   [OH⁻] = 10⁻¹⁴ mol²/L² / 10⁻pH = 10⁽pH-14⁾ mol/L

   Prenons l'exemple donné : une solution avec un pH de 11. La concentration en ions OH⁻ est :

   [OH⁻] = 10⁽¹¹-¹⁴⁾ mol/L = 10⁻³ mol/L

   Ceci confirme la donnée initiale. Remarquez que l’on obtient directement la concentration en OH⁻ sans passer par le calcul intermédiaire de la concentration en H⁺.

Conclusion:

Calculer la concentration en ions OH⁻ est crucial pour une compréhension complète de la chimie des solutions aqueuses. L'utilisation du produit ionique de l'eau (Ke) offre deux voies de calcul, soit à partir de la concentration en ions H⁺, soit directement à partir du pH, permettant ainsi une analyse plus complète et précise que la simple utilisation du pH seul. Il est important de se rappeler que Ke est une constante dépendant de la température ; des variations de température modifieront la valeur de Ke et donc les calculs.